障碍层与热带太平洋海气耦合主模态的相互作用研究

In the western Pacific warm pool, barrier layer reduces the upward transfer of cooler water into the mixed layer, and also concentrates the wind's energy in a shallower layer accelerating zonal wind-driven currents. Therefore barrier layer effects may contribute to the onset and development of ENSO by enhancing air-sea coupling. This proposed research will be based on the latest ocean observations and ocean atmosphere reanalysis, and combined with the application of ocean-atmosphere coupled climate model to further study the role of barrier layers in the development of ENSO. Innovatively focusing on the interaction between barrier layer variability and the evolution process of ENSO, we will select or introduce a variable accurately representing the characters of barrier layer, and investigate the barrier layer variability forced by different physical mechanisms and its feedbacks. The outcome of this study will help including the barrier layer related mechanisms into the simulation and prediction of ENSO, greatly improve the accuracy of ENSO forecast and thus is of important scientific, social an economic significance.

在西太平洋暖池，障碍层能够减弱混合层对下层冷水的卷入，并且集中风的能量在较浅的混合层中，从而可使海气耦合加强，在理论上有助于厄尔尼诺－南方涛动现象（ENSO）的启动和发展。本申请项目拟基于最新的海洋观测数据和海洋大气再分析资料，结合大气海洋耦合模式，对障碍层在ENSO过程中的作用进行深入的研究。以障碍层的变化与ENSO演化（包括引发，发展和衰退）的相互作用为研究创新点，选取或引入准确表征障碍层特性的物理量，探究在多种影响障碍层变化的机制共同作用下障碍层的变化趋势及其反馈作用。所得学术成果有助于将相关物理机制准确的引入ENSO的模拟和预报中，提高ENSO预报的准确度，对我国具有重要的科学，社会和经济价值。

海洋中的障碍层是混合层底部由于盐度差别导致的等温层与等密度层之间的差异，它的变化对海气相互作用有着重要影响。在过去几十年中，随着盐度观测的增加，障碍层受到越来越多的关注，本项目基于最新的历史海洋观测资料集和海洋再分析资料，针对 ENSO 历史事件，利用统计方法揭示了障碍层在 ENSO 的触发，发展和成熟整个演化过程中的特征。结合大气再分析资料，全球海洋大气气候模式的历史输出（CMIP5)及数值模拟试验，分析及验证与障碍层相关联的物理过程。我们的研究表明，在热带太平洋，障碍层 (BL) 的季节性至年际变化与ENSO相联。BL的两种年际模态与不同类型的 ENSO 事件有关。在东太平洋厄尔尼诺事件（EPEN）期间，日期变更线以东区域出现异常厚的BL。随着EPEN事件演化，BL随海面盐度锋面发生纬向移动，向太平洋中部传播。这可以归因于水平海洋平流、强降水和向下涌动的开尔文波。相比之下，在中太平洋厄尔尼诺现象（CPEN）期间，异常厚的 BL 仅限于 SSS 锋周围 160°E 至 180°E 之间的区域，没有明显的东西向位移。它主要是由局部过程主导的，包括Ekman抽吸、降水和带状海洋平流。与EPEN事件中的BL不同，它没有明显的海盆尺度的传播信号。我们进一步使用NCAR-CESM气候模式分析了障碍层变化对热带太平洋海气相互作用的影响。 基于本项目支持我们拓宽研究区域，针对热带大西洋变率在其峰值季节对障碍层厚度的调节作用，我们进行了统计和动力学分析，以揭示障碍层年际变化机制。我们发现障碍层厚度与各模态相关性显著区域位于热带大西洋的西北和东南沿海，这与障碍层厚度最大变率区域一致。我们一系列关于障碍层变化及其作用的工作使障碍层成为目前物理海洋学领域的研究热点之一起到了巨大推动作用。 所得学术成果有助于将相关物理机制准确的引入ENSO的模拟和预报中，提高ENSO预报的准确度，对我国具有重要的科学，社会和经济价值。